水-荷载耦合作用下沥青路面孔隙水压力研究

水-荷载的耦合作用是沥青路面早期损坏的主要原因之一.基于饱和多孔介质理论通过轴对称有限元的瞬态动力分析,计算得到饱和沥青路面内部孔隙水压力的时程变化;分析不同渗透性、车速和荷载条件下的孔隙水压力变化规律.结果表明,荷载的动态作用导致沥青路面内部的孔隙水压力具有波动性质;正负孔隙水压力的循环作用是沥青膜破坏的主要诱因;路面内部存水时,高速、重载将加速沥青路面性能衰减.     

旧沥青路面加铺水泥混凝土层路面结构可靠性分析

针对旧沥青路面加铺水泥混凝土层后在使用过程中受到的不确定性影响因素(如荷载、环境及材料自身等因素)影响,建立了基于三维有限元的可靠性计算模型,提出考虑不确定性因素的可靠度计算方法,对于旧沥青路面加铺层设计具有重要的现实意义.通过有限元中的可靠性分析工具,利用蒙特卡罗的拉丁超立方法抽样方法,将影响路面可靠性因素视为输入随机变量,获得了加铺层厚度、累计当量轴次、旧路顶面当量回弹模量等路面设计参数对旧沥青路面加铺水泥混凝土层路面结构可靠性的影响规律,为有针对性地提高旧沥青路面加铺水泥混凝土层路面结构可靠度提供了决策依据.     

层间接触状况对半刚性基层沥青路面性能的影响

通过建立典型半刚性路面结构的三维有限元模型,采用柔性夹层模拟不同的层间约束条件,研究了路面结构在不同荷载下的受力状态,包括不同结构层的应力、应变及路表弯沉.结果表明层间条件从连续到光滑的变化导致路面结构的应力应变急剧增大;层间条件越连续半刚性基层沥青路面的使用寿命越大,反之,半刚性基层沥青路面的使用寿命越小.     

旧路模量对沥青稳定碎石基层路面结构力学影响分析

沥青稳定碎石柔性基层路面结构是目前国际沥青路面界的研究热点,其中旧路回弹模量是沥青路面结构设计中的重要参数,取值变化范围很大,对路面结构力学有重要的影响.文章选取沥青稳定碎石柔性基层沥青路面结构,选用标准荷载,建立三维有限元路面结构模型,分析旧路回弹模量参数变化时的力学响应.分析结果为设计柔性基层沥青路面提供了力学理论依据.     

沥青路面水损害疲劳破坏过程的数值模拟分析

以比奥渗流固结理论和各向同性线弹性损伤理论及疲劳损伤理论为基础,提出沥青路面的水损害力学分析模型,运用轴对称有限元方法对力学模型进行求解,并编制有限元程序进行数值模拟分析.重点分析了孔隙水压力对沥青路面受力状态的影响,以及在有孔隙水存在的情况下沥青路面在车载作用下的疲劳损伤过程.计算结果表明,沥青面层内的孔隙水压力与面层的渗透系数、面层厚度以及车辆行驶速度等有密切关系.当路表孔隙饱水时,在荷载作用下,孔隙水的存在会导致路面结构应力集中加剧,在荷载的反复作用之下,导致疲劳开裂破坏,加速路表病害的出现.     

大粒径沥青碎石基层沥青路面力学分析

采用大型有限元分析设计软件ANSYS分析大粒径沥青稳定碎石材料作为基层材料时,随着其弹性模量和厚度的变化,沥青路面的路表弯沉和路面结构各层层底的水平拉应力、剪应力的变化规律.用ANSYS对路面结构进行仿真模拟,是一种经济、可行的方法,为路面力学计算提供了有益的参考.     

沥青路面贫混凝土基层应力计算

为分析贫混凝土基层沥青路面新型路面结构的基层应力情况,通过有限元分析方法计算贫混凝土基层的荷载应力,并利用弹性层状体系理论分析沥青面层厚度对其影响,由此推导出基层荷载应力的计算公式.根据不同自然区划的温度场和最大温度梯度,得出贫混凝土基层沥青路面中的基层温度应力的有限元解,于此提出了基层温度应力的计算公式.上述两公式为贫混凝土基层沥青路面结构中基层厚度设计的重要依据.     

农村公路结构组合有限元分析

针对湖北省现有农村公路沥青路面和水泥路面的典型结构,利用有限元方法,对湖北省农村公路进行了结构性能组合分析,在此基础上,对农村公路结构进行了优化,确定了低交通量道路沥青路面和水泥路面的典型路面结构,为湖北省农村公路的建设提供了力学依据.     

长江隧道刚性基层沥青路面的抗车辙性能

以国家863项目"抗滑、阻燃、降噪多功能隧道路面结构设计与铺装技术"为依托,以武汉长江隧道工程为背景,根据长江隧道路面大纵坡、刚性基层的特点,采用德国汉堡车辙试验方法分析了应用于武汉长江隧道沥青路面面层新型材料AFNA-13和普通沥青混合材料SMA-13的抗车辙性能,并运用有限元方法计算比较了2种材料结构的抗车辙性能,同时对长江隧道路面结构的抗车辙性能进行了有限元模拟分析.得出在相同循环车载作用下,AFNA-13材料比SMA-13材料具有较好的抗车辙性能,沥青路面面层厚度是影响路面的抗车辙性能的主要因素.武汉长江隧道所采用的路面结构具有较好的抗车辙性能.     

城市道路交叉口沥青加铺层路面结构分析与设计

结合S120大修工程实际,总结和分析了交叉口沥青路面加铺层车辙、裂缝等病害及其产生原因,同时针对交叉口的运行特点对路面结构进行力学分析;确定旧水泥混凝土路面加铺沥青路面结构的最大剪应力区和抗车辙区,为交叉口路面结构和材料的抗车辙、抗裂设计提供依据.根据力学计算分析结果,提出几点适合交叉口的路面结构组合和材料选择的建议.     

新型钢桥面铺装结构的力学性能分析

针对目前正交异性钢桥面铺装层常见的裂缝、推移、局部拥包等破坏形式,应用有限元法对新型桥面铺装结构,分析不同位置的荷载对铺装层最大拉应力和表面最大竖向位移、最大剪应力的影响,并与传统的沥青混凝土铺装结构进行对比分析。分析结果表明：采用新型的铺装结构比沥青混凝土铺装结构的最大拉应力、表面最大竖向位移、铺装层表面和底面的最大剪应力都有一定程度的降低,因此能较好的控制钢桥面铺装层的破坏。在采用新型桥面铺装结构时应以铺装层横向最大拉应力、最大横向剪应力作为铺装层开裂破坏控制指标。研究结果可以为大跨径钢箱梁桥面铺装设计提供理论参考.     

基于细观结构的沥青碎石封层路面力学行为分析

为了认识沥青碎石封层的力学行为与破坏机理,采用有限元软件建立沥青碎石封层细观结构二维有限元模型,分析在竖向荷载作用下封层内部细观结构应力、应变和位移的力学行为特性。分析结果显示：轮迹内侧边缘碎石竖向位移最大,偏转角度最小;相反,轮迹外边缘碎石偏转角度最大,并向两侧逐渐递减。沥青层内的水平应变主要为压应变,轮迹外侧沥青和胶浆层接触面上剪应变最大。黏结层的水平变形、剪切变形均不同程度大于沥青层,黏结层与胶浆层交界处具有最大等效Mises应力,易发生剪切破坏。胶浆层的中心主要为受压变形,胶浆层两侧边缘处主要表现为较高剪切变形。     

沥青路面组合结构车辙试验研究

为了研究路面结构对沥青路面抗车辙性能的影响,在车辙试验的基础上,采用有限元方法建立组合结构车辙试验模型,分析组合结构车辙试验的可行性,提出组合结构车辙试验合适的试件厚度宜大于10cm。根据车辙试验设备和试验方法,开发组合结构车辙试模,并提出组合结构车辙试验方法。针对沥青层厚度、层间接触条件和结构层强度比影响因素,进行组合结构车辙试验,进一步验证组合结构车辙试验的可行性,同时分析上述结构因素对沥青路面高温性能的影响规律。研究结果有助于改善高温条件下的沥青路面材料和结构组合设计。     

路面沥青加铺层层底荷载应力三维有限元分析

反射裂缝是旧水泥混凝土路面沥青加铺层早期破坏的主要形式之一．加铺层层底裂缝处的荷载应力集中是引起反射裂缝的主要原因．通过建立水泥混凝土路面沥青加铺层有限元模型的方法,计算车轮荷载位于最不利位置时,沥青加铺层的厚度及轴载重量对加铺层层底荷载应力的影响,为防止或减缓加铺层的反射裂缝提供参考．     

考虑沥青混合料泊松比影响的路面结构应力分析

基于数字图像测量方法,通过间接拉伸试验测定了不同温度下沥青混合料的泊松比μ变化规律。低温下,μ在荷载比为0.3~0.8时保持相对稳定,而在接近峰值荷载时呈非线性增长;高温下,μ随荷载比的增大而增大。采用三维有限元计算模型,考虑不同温度下沥青层模量及泊松比的变化,对三种典型路面结构进行分析。结果表明,沥青面层的泊松比对沥青路面结构的最大横向应变和最大剪应变有显著影响:当上中面层模量比小于0.8且沥青面层泊松比增大到一定程度时,轮迹带边缘的沥青混合料在荷载作用下有向车辙两侧流动的趋势,容易产生失稳性车辙。这说明在进行沥青路面结构设计时,有必要考虑沥青结构层的协调组合关系和材料泊松比的影响。     

沥青稳定碎石应力依赖模型的柔性路面结构分析

为建立沥青稳定碎石的非线性应力依赖本构模型,并将该模型应用于路面结构力学分析,提高路面结构分析的准确性.采用动三轴试验模拟不同应力状态,测试沥青稳定碎石的回弹模量,建立材料的非线性应力依赖本构模型;采用Abaqus有限元软件中的UMAT子程序编程并定义沥青稳定碎石的本构模型,进行基于沥青稳定碎石非线性应力依赖本构模型的路面结构数值模拟.结果表明:沥青稳定碎石的回弹模量有着较强的应力依赖特性,在研究所涵盖的应力状态下,其模量最大值为最小值的175%.通过有限元路面结构分析可知,与非线性分析相比,传统的弹性分析低估了沥青稳定碎石基层底部拉应变约10%,低估级配碎石顶部最大压应力约5%.沥青稳定碎石的非线性应力依赖特性显著影响路面分析结果,应在路面结构设计时考虑该特性.     

沥青路面损伤分析及实验开发

利用粘弹性与损伤的分析理论,对含表面裂缝沥青路面进行了有限元分析,计算了损伤区半径和裂缝长度的改变量随温度和加载时间的变化,得到不同加载时间和不同变温的损伤区和断裂区的分布情况,模拟了损伤区的演化和裂缝的扩展过程;通过复合材料理论和劈裂实验的比较,确定了含纤维沥青混凝土的劲度模量,同时对含纤维和不含纤维沥青混凝土路面的疲劳寿命进行了计算、分析和比较,提出了新型抗损伤沥青路面.     

室内车辙试验的相似性分析

为了分析室内车辙试验与实际沥青路面结构受力状态的相似性,基于相似理论采用有限元数值模拟的方法建立了室内车辙试验改进模型.首先,应用相似理论推导出沥青路面结构和车辙试验改进模型各参量间的相似关系;其次,选用3种典型的路面结构,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,得出这3种结构在双轮荷载作用下的荷载影响范围,进而应用相似理论得出路面全结构的车辙试验模型尺寸,应用力学响应等效,最终确定复合板结构车辙试验改进模型的所有参数并进行车辙试验验证了改进模型的正确性.